Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора.

Характеристики показывают зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем.

1. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянстве напряжения на выходе

2. Выходные характеристики – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при фиксированном значении входного тока

3. Характеристика обратной связи по напряжению

3. Характеристика передачи по току

Наиболее часто на практике используют входные и выходные характеристики, которые обычно приводятся в справочной литературе и представляют собой усредненные зависимости большого числа однотипных транзисторов. Две последние характеристики применяют реже и, к тому же, они могут быть построены из входных и выходных характеристик.

Рассмотрим вольт-амперные характеристики биполярного транзистора с ОЭ.

Используя семейства входных и выходных характеристик транзистора, h-параметры можно определить графическим путем.

Полевые транзисторы.

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Поэтому транзистор называется «полевой».

В создании электрического тока участвуют только основные носители заряда, поэтому полевые транзисторы называют униполярными транзисторами.

Полевые транзисторы разделяют на два вида:

полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом;

полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р - n переходом показаны на (рис. 6).

Условное графическое изображение полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с каналом n и р-типа.

Рис. 6

Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа р, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа n. Пластину прибора называют затвором, а область типа n в ней - каналом.

С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком - тоже областью типа n, но с повышенной концентрацией электронов. Между затвором и каналом создается р-n-переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы.

Если к истоку подключить отрицательный, а к стоку - положительный полюсы батареи питания U_CИ , то в канале появится ток, создающийся движением электронов от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения батареи питания U_CИ , но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 – напряжение U_ЗИ).

Когда на затворе относительно истока действует отрицательное закрывающее напряжение, обедненная область р-n-перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из-за чего ток стока уменьшается. Такой режим называется режимом обеднения.

При подаче на затвор положительного потенциала относительно истока

обедненная область р-n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток стока увеличивается. Такой режим называется режимом обогащения.

Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, - напряжение усиленного сигнала.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Рис. 7.

Условное графическое изображение полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n и р-типа (рис. 7, в,г); с индуцированным каналом n и р-типа – рис. 7, а,б.

Схематическое устройство полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа показано на (рис. 8).

Рис. 8.

Транзистор представляет собой монокристалл полупроводника; обычно кремния, где создана электропроводность какого-либо типа, в рассматриваемом случае p-типа. В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа (в нашем случае n-типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния ) толщиной порядка, а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемогоподложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.

Если в отсутствии напряжения на затворе приложить между истоком и стоком напряжение U_СИ любой полярности, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через подложку ток не потечет, так как один из p-n-переходов будет находиться под действием обратного напряжения.

При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока, а, следовательно, и кристалла, в канале возникает поперечное электрическое поле, которое будет выталкивать электроны из области канала в основание. Канал обедняется основными носителями – электронами, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем меньше этот ток. Такой режим называется режимом обеднения.

При подаче на затвор положительного напряжения, относительно истока, направление поперечного электрического поля изменится на противоположное, и оно будет, наоборот, притягивать электроны из областей истока и стока, а также из кристалла полупроводника. Проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает. Такой режим называется режимом обогащения.

Полевой транзистор - тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

Статические характеристики полевых транзисторов

Входное сопротивление полевых транзисторов составляет десятки -сотни МОм. При этом входной ток очень мал и практически не зависит от напряжения U_ЗИ между затвором и истоком, поэтому для полевых транзи­сторов входная характеристика, т.е. зависимость I_З от U_ЗИ при фиксиро­ванном значении U_СИ , практического значения не имеет и при расчетах используют только передаточные и выходные вольтамперные характери­стики (ВАХ).

Типовые передаточные характеристики n-канальных полевых транзисторов приведены на рис.9. Как видно, ток стока для n-канальных транзисторов имеет положительный знак, что соответствует положитель­ному напряжению на стоке.

Управляющие (стокозатворные) характеристики показывают управляющее действие затвора и представляют собой зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянстве напряжения стока:

Рис. 9

Полевой транзистор с управляющим переходом (ПТУП) при нулевом напряжении на затворе имеют максимальное значение тока стока, которое называется начальным I_С.НАЧ . При увеличе­нии запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки U_OTC становится близким к нулю.

Характеристики полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) с индуцированным каналом таковы, что при нулевом напряжении на затворе ток стока транзистора равен нулю. Появ­ление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на за­творе больше порогового значения U_ПОР. Увеличение напряжения на за­творе приводит к увеличению тока стока.

Характеристики ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напря­жении на затворе имеют начальное значение тока I_С.НАЧ . Такие транзисто­ры могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется, и ток стока снижается.

Для полевых транзисторов с p-каналом передаточные характеристи­ки имеют такой же вид, только располагаются в нижней половине графика. Ток стока и напряжение на стоке у таких транзисторов имеют отрицатель­ное значение.

Типовые выходные характеристики полевых транзисторов с изо­лированным затвором и индуцированным каналом приведены на рис.10. Выходные характеристики других типов полевых транзисторов имеют ана­логичный вид.

Семейство выходных (стоковых) характеристик представляет собой зависимость тока стока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:

Рис. 10. Выходные характеристики ПТИЗ со встроенным каналом: